本科生科研指南（24）：創新故事1本科生科研指南（24）：創新故事1 張宇寧華北電力大學（北京） 為了方便本科生對學術創新有進一步的深入理解，從本期開始，筆者將逐步介紹若幹個科學史上經典的學術創新故事並對其進行一定剖析，力爭使得對科研感興趣的本科生能夠較為全面的理解創新的真諦。邊界層理論是流體力學裡面非常重要的基本理論之一，

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對後續流體力學的發展，尤其是理論流體力學與實驗流體力學的有效結合起了至關重要的作用。在介紹相關創新性工作以前，我們先回到19世紀從歷史過程中學術思想逐步發展的視角去感受邊界層理論提出的歷史背景。流體的運動規律一直是人們研究的熱門話題，一直有眾多的學者對控制流體運動的基本方程進行推導和嘗試。該項研究在19世紀取得了重大的突破，法國科學家納維爾（Claude-Louis Navier）得到了相關的方程並經英國科學家斯託克斯（George Gabriel Stokes）進一步完善後，終于形成了在今天我們大部分流體力學課程中本科生的教材中經常看到的以上述兩個科學家的名字命名的方程。但是，雖然流體流動的基本方程已經得到，但是科學的研究並未到此止步。其中一個重要的原因便是該方程的求解異常困難，導致無法得到對指導工程實踐有意義的信息。舉個例子，

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假設一個生活在19世紀的管道設計方面的工程師，其需要迫切解決的核心問題是水流流過管道後的阻力的計算，從而能夠合理的進行市政管道的設計以及安排水泵等動力設備，以確保居民和工廠的用水供應正常。在19世紀時，通用的做法是針對不同類型、直徑、截面形狀的管道進行逐一實驗，但其所涉及的繁重的工作量可想而知。因此，在當時的歷史條件下迫切需要發展理論流體力學，並將其與工程實踐有效結合起來從而極大地提高工程設計的效率。即使納維爾-斯託克斯方程的形式很漂亮並且其理論解釋也很清楚，但從工程師的角度看，未免對納維爾-斯託克斯方程略感失望，因為他們從該方程中得不到對他們的工作有價值的信息。站在這個歷史的節點上，為了適應相關領域發展的需求，

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必須要有人挺身而出改變這一現狀，正所謂“時勢造英雄”。解決問題的思路無外乎兩個：1. 採用更高級的方法將該方程的完整形式進行求解。2. 採用若幹假設將該方程進行合理的化簡然後進行求解。我們先從學科發展的視角看一下第一種方法的進展。在理論研究方面，納維爾-斯託克斯方程數學意義上的精確求解依然尚未得到有效解決。2000年5月24日，在美國知名的克雷數學研究所公布的每個懸賞100萬美元的千禧年大獎的7個難題中，納維爾-斯託克斯方程的數學求解名列其中（注一），足見其難度。數值計算方面，由于電子計算機的興起和普及，在二戰及以後，納維爾-斯託克斯方程的數值求解變得日漸普及，此為後話。至少，從19世紀的視角來看，第一條路幾乎走不通。那麼，我們現在審視一下第二條路。這條路看起來頗有希望，但同樣困難重重，列舉如下：1. 該方程中哪些項可以簡化？2. 進行簡化需要依據哪些假設及其合理性？3. 簡化後的方程如果可以求解的話，其精度如何？因為納維爾-斯託克斯方程是較為復雜的偏微分方程，涉及到10幾個項，對每一項都需要仔細的推敲和仔細的研究。科學史上，一定有無數的學者為此進行了大量的努力和勤奮的工作，最終，1904年，德國學者普朗特在德國西南部海德爾堡舉辦的第三屆國際數學家大會上發表的一篇關于摩擦極小的流體運動的論文中得到有效的解決。在這篇論文中，普朗特提出了一個嶄新的觀點，即在遠離壁面的區域不考慮粘性的影響，這時的方程得到極大的簡化很容易求解，而在壁面附近考慮粘性的影響但採用非常簡化的一套方程進行求解（即“邊界層方程”）。因普朗特的邊界層理論迅速得到了工程實踐的驗證，因此得以迅速推廣。至此，流體力學有了一套非常強大的理論工具，從此不但理論流體力學得以迅速的發展，而且與實驗和工程實踐結合得日益緊密。縱觀整個邊界層理論的提出和發展，普朗特扎實的基本功、對目標的極致理解、敏銳的物理直覺功不可沒。 注釋部分注1：關于美國克雷數學研究所關于納維爾-斯託克斯方程難題的具體描述，詳見其官方網站。http://www.claymath.org/millennium-problems/navier%E2%80%93stokes-equation這兩天剛剛考完全國性的研究生入學考試，據不完全統計，有341萬人參加了本次考試。從近幾年的統計數量來看，考研人數逐年上升的速度不慢。 顯然，他意味著機會成本的快速上升。以前讀個本科就能有好的事業上升勢頭的情況，已經開始被讀研為基本標準所取代。要讓機會成本物超所值，可能一個重要的指標就是在研究生期間應該形成一個或多個或成體系的科研成果。而要讓大家了解科研成果的價值，寫成論文發表在期刊或會議上是關鍵的一步。另外，對于研究生而言，畢業論文也是必要的環節。這兩種論文中，通常都需要提供論文的摘要。我這裡就這兩種論文摘要的寫法和存在的問題，分享下我的經驗。總的來說，期刊/會議論文的摘要和畢業論文摘要都不要太多字數，前者更短，一般在300字甚至150字以內，而畢業論文摘要的長度通常不超過一頁。對中文畢業論文來說，還要求提供對應的英文摘要。 盡管兩者的功能都是提供對所寫論文的總結和內容摘要，但還是存在重要的區別。前者寫的好壞對于論文是否錄用有重要的作用。如前一節我介紹的“賭論文”(Bidding Phase) 階段，論文摘要的準確表達能幫助評審選擇到合適自己的文章，也因此能使投稿者得到更精準的建議。而對于畢業論文，摘要往往能幫助評審判斷是否論文存在大的漏洞或問題。基于我帶學生的幾年以及評審各類論文的經驗，我發現摘要往往是被很多學生和老師忽視掉的，卻最容易引起問題和麻煩的地方。尤其對于在職研究生來說，畢業論文的摘要很容易成為重災區。 為什麼呢？因為從摘要的寫作細節，評審常能快速發現論文的關鍵問題，並形成評審們常用的 “三分鐘審稿原則”來對論文形成八九不離十的大致意見。 事實上，論文摘要寫法有其八股文的基本套路。不太擅長自由發揮的，不妨按這一思路來寫。首先要在摘要裡提及的是，你要研究的任務是什麼，有什麼理論和實際應用價值。這大概可以用一句話來進行總結。其次，是概括性的總結現有的技術路線和方案，幫助讀者了解前沿進展在哪裡。第三，這些方法存在什麼問題，以便引出本論文想要做的研究。第四，為了解決這一問題，你提出了什麼新的方法，提出的方法主要創新在哪裡，有什麼優點。第五，怎麼證明提出的方法是有效的。把這五點總結出來，基本上就能給評審一個初步的印象，全文的創新是否有價值，以及是否達到了投稿的會議或期刊的錄用標準。對于有經驗或始終在一線的評審專家而言，這裡的每一句都能幫助判斷作者的工作是否真值得發表。比如，研究任務的理論和實際應用價值，如果過于一般和從眾，相似文章看得多的評審有可能會從審美疲勞的角度先驗地來扣分。而對前沿的刻畫，盡管可能就一兩句話，也能反映出作者是否真正了解當前的前沿進展情況。說錯了或文獻看少了，也容易觸發三分鐘拒稿法則。第三句對存在問題的總結和思考，則是評審和投稿者在研究工作值不值得做的一次雙方品味上的匹配。如果評審覺得問題太小，做得沒意義，那就會導致槽糕的評價。解決問題的方案則是體現創新性的地方，多數評審是偏好原創性的，而不是簡單的組合性解決方案，尤其是硬生生的組合方式，比如先做一個已知的A，再做一個已知的B，最終用A+B結合的結果來獲得好的性能改進。這種直接的方法，

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有可能會讓評審覺得作者不夠努力，不願意深入思考，獲得一個更有技巧性和創新性的、能形成C=AB的C方案，因此也容易導致拒稿。最後，就是證明的表述。作者應該明確自己是如何進行驗證的，效果是如何。通常情況下，需要證明自己的方法在多個公用數據集上優于其他方法，

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才有可能讓評審相信。但這裡也有一個需要注意的事項，就是既不能過于廣告自己的方法，讓人覺得根本不可能。也不能過份老實，把自己的短板毫無保留地呈現出來。在後者的情況下，評審只會抱著萬分的同情，遺憾地拒掉此稿件。 當然，除了這些從邏輯上能發現的問題外。容易導致摘要成為重災區的，還有一個就是寫文章的認真程度和專業性了。如果投稿者在寫作摘要時不夠認真和專業，評審很有可能會懷疑論文的可信度和實驗的真實有效性，

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從而導致評審採用三分鐘拒稿原則來給論文的意見了。舉例來說，如果150個字的摘要，發現三處以上的語法錯誤，或打字錯誤，那必然會引起評審的不適。比如最簡單的英文單詞拼錯了，那說明作者在提交前可能都沒用如word裡的拼寫檢查功能進行過任何檢查。再比如時態、單復數下動詞的誤用，這都是稍微檢查就能做到的。還有，如果摘要裡寫的英文句子要費半天力氣才能讀懂、甚至依然讀不懂的話，那就會導致更大的壞印象了。因為這些細節，多多少少都反映了作者在投稿前是否真正認真、全力以赴的檢查過。還有就是套路式用語，容易讓評審看到作者用詞的匱乏。在我見過的碩士畢業論文中，“With the development of blabla”的摘要開場白可能是見得最多的。有時候想想也無語，難道一定要用日新月異的進展開頭才能證明你做的工作是熱點和創新性高的嗎？ 除了以上提及的問題，還有一個要注意的，就是摘要什麼時候寫？是一開始寫，還是寫完論文後再寫。這需要導師和學生做反復多次的溝通，而不是一蹴而就。有些導師偏好論文寫之前，先跟學生溝通，把摘要寫好，再將全文按摘要的邏輯來撰寫。也有導師偏好，先修改全文，完全理解後，再總結性的寫摘要或幫助學生修改摘要，並根據摘要和學生一起微調全文。哪種方式更好呢，需要老師和學生們根據自己的情況來決定。 總之，摘要是幫助大多數評審形成了三分鐘評審原則的重要關口，它幫助評審快速的判斷了論文的創新性、前沿性、認真程度和邏輯合理性。寫好摘要，才能避免成為重災區。 張軍平2019年12月27日延續閱讀：11. 讀研秘技十一：論文的選題與選題目10. 讀研秘技十：不對稱的壓力與科研流水線9. 讀研秘技九：討論班與綜合科研能力8. 讀研秘技八：泡泡糖與脫口秀7. 讀研秘技七：高徒出名師6. 讀研秘技六：正說尋師 四個維度5.讀研秘技五：從射雕戲說尋師4.讀研秘技四：湖南人的霸蠻與荷爾蒙3. 讀研秘技三：我的想象力飛了起來2. 讀研秘技二：時商與基礎誤區1. 讀研秘技：你能更優秀（一）：時商，從愛多士說起張軍平，復旦大學計算機科學技術學院，教授、博士生導師，中國自動化學會混合智能專委會副主任。主要研究方向包括人工智能、機器學習、圖像處理、生物認證及智能交通。至今發表論文近100篇，其中IEEE Transactions系列20篇，包括IEEE TPAMI錛 TNNLS錛 ToC錛 TITS錛 TAC錛 TIP等。學術谷歌引用3500餘次，ESI高被引一篇，H指數29.出版科普著作《愛犯錯的智能體》，曾連續24次推薦至科學網頭條，曾五次進入京東科普讀物新書榜前三名。關于人工智能發展趨勢的觀點曾被《國家治理》週刊、《t望》、《科技日報》、《中國科學報》等媒體多次報道。，